IG Spur 1 Module

Rhein-Neckar

Wir haben bereits Ende der 90-er unsere Wagons mit LED beleuchtet und dabei die energiesparende Serienschaltung sowie Festspannungsregler zum Ausgleich von Spannungsschwangungen angewendet. Der Bericht befindet sich hier. In diesen "alten" Spannungsreglern wurde die nicht benögtigte Spannung einfach verheizt. Bei getakteten Festspannungsreglern - wie man sie heute praktisch in allen (Stecker-) Netzteilen findet ("Eisen ist out") - wird dagegen kaum noch Energie verbraten. Bei hochwertigen Schaltungen sind Wirkungsgrade von über 90% möglich. Insofern stand bei uns schon lange mal ein Praxistest mit solchen "step down" Reglern an.

Zweiter Anlass waren die neuen Märklin Silberlinge, bei denen es der Marktführer trotz vieler, langjähriger Hinweise aus Modellbahnerkreisen noch nicht geschafft hat, die Energiewende endlich zu vollziehen. Und die Platine ist baulich sehr gut für unsere Testvarianten geeignet. Auch bietet - wie hier schon gesagt - die über 80%-ge Energieverschwendung ein sinnvolles Einsatzfeld. Nachfolgend unsere Doku zu den Schaltungsvarianten.


LED und R Ausschnitt

Die LED wird in der Originalschaltung bei einer Schienenspannung von 20 Volt mit 4,7 mA betrieben und hat dann einen Spannungsabfall von 2,8 Volt. Der Vorwiderstand beträgt 3300 Ohm; in ihm werden 17,2 Volt verheizt. Die Verlustleistung beträgt demnach 86%, was 0,08 Watt/LED entspricht. Der ganze Wagen hat 30 LED (ohne die Schlussleuchten), in Summe also fast 2,5 Watt. Der 3-Wagenzug übertrumpft also lässig die inzwischen allseits verpönten Stand-by Schaltungen von TV- und anderen Haushaltsgeräten.
Fazit: je größer der Vorwiderstand einer LED, desto schlechter die Leistungsbilanz.


k-P1000318 Ausschnitt

Beide Wagen stammen aus dem selben Set (58341, Ep. 3). Der rechte Wagen (Originalzustand, LED mit 4,7 mA) ist sehr hell, bedingt auch dadurch, dass auf ein Fenster immer zwei LED entfallen. Durch die orangenen Vorhänge wirkt das Licht auch etwas unnatürlich gelblich/orange. Links werden die LED nur noch mit 2 mA (nach Variante 1) betrieben. Dadurch verschiebt sich vermutlich auch das Farbspektrum, was zusammen mit den entfernten Vorhängen einen ganz anderen Farbton der Beleuchtung ergibt. In natura ist der Unterschied noch deutlicher wie auf dem Foto.

Zur Vergleichsmessung wurde der Decoder (Neonflackern und Schlusslichter aus) analog über DC mit 20 V versorgt, damit ausgangseitig eine Spannnung vorhanden ist, die dem regulären Digitalbetrieb entspricht. In diesem Originalzustand nimmt die Platine des 2. Kl. Wagens (58341-03) mit 30 LED insgesamt 170 mA auf (der 1./2. Kl. Wagen hat 35 LED und braucht dann 187 mA).


Variante 1 (herkömmlicher 9 V Festspannungsregler TS 7809)

Die Platine hat bereits eine ab Werk markierte "Trennstelle", an der sich der Spannungsregler zwischenschalten lässt. Jede LED bekommt jetzt 2 mA.

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k-P1000338 AS

Da die Widerstände noch unverändert sind, hat sich auch der schlechte Wirkungsgrad noch nicht verbessert. Es wurde aber die geringere Helligkeit erreicht und damit der vergleichbare Stromverbrauch (s.o.) durch die Spannungsabsenkung schon mal auf 79 mA reduziert, was einer Verbesserung von mehr als 50% entspricht.



Variante 2 (fertig aufgebaute step down Regler bzw. DC DC Wandler für 5 Volt)

Im Elektronikhandel gibt es mittlerweile ein sehr großes, beinah verwirrendes Sortiment an DC DC Wandlern. Diese zeichnen sich aber entweder durch sehr schmale Bereiche der Eingangsspannungen oder durch noch relativ hohe Preise (> 14 Euro) aus. Interessant war da z.B. der Typ 7805SR-C, den es bei Völkner gerade um 10 Euro gab.
Für den Modellbaubereich gibt es inzwischen fertig aufgebaute Festspannungsregler in dieser Technik, die dort als BEC Module bezeichnet werden und die Fernsteuerempfänger von der Fahr-/Flugbatterie aus versorgen. In Deutschland sind diese Ausführungen derzeit auch nur recht teuer zu beziehen. Insofern wurde mal als Experiment direkt in Hongkong bestellt. Die Lieferung kam dann aus Singapur, war aber nach 14 Tagen eingetroffen. Das Teil schlug in der kleinen Sammelbestellung mit knapp unter 4 Euro (incl. Versand und Gebühren) zu Buche.


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Unten das BEC Modul, oben der 7805SR-C.


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Der Testeinbau des 7805 auf der Platine des 1./2.Kl. Silberlings. Die 35 SMD wurden gegen Werte mit 1,2 k getauscht (huckepack mit 1,8 k wäre auch gegangen, s.u.). Jede LED hat jetzt 2 mA. Der Stromverbrauch in der Vergleichsmessung (auf 30 LED umgerechnet) ist um 80% auf "traumhafte" 34 mA gesunken, was auch auf den sehr guten Wirkungsgrad des 7805 (von bis zu 95% gem. Herstellerangabe) zurückzuführen ist.



k-P1000422

Das BEC Modul wurde zum Einbau seiner Ummantelung beraubt. Erstaunlicherweise bringt es das schlechteste Testergebnis. Zum einen gibt es 5,5 Volt ab, zum anderen ist es wohl für höhere Ströme (3,5 A) ausgelegt und mit den wenigen mA hier noch nicht im optimalen Wirkungsbereich. Bei etwa 2,2 mA je LED ist Stromverbrauch in der Vergleichsmessung (auf 30 LED umgerechnet) aber doch auf 64 mA gesunken.



Variante 3 (selbstgebauter step down Regler 3,3 Volt)

Die Bauteile stammen von Reichelt und kosteten zusammen knapp 3 Euro (Links folgen noch). Das Schaltungsschema ist  für den 3,3 V Typ identisch.

Schaltplan Lm2576

Pins Lm2576
(Quelle: Ausschnitte aus den publizierten Datenblättern)


k-P1000350 AS2

Die Bauteile lassen sich gut anordnen und passen noch bequem in das Dach. Alle 3,3 k Vorwiderstände müssen durch 240 Ohm ersetzt werden, um die LED mit 2 mA betreiben zu können. Am schnellsten geht`s durch Parallelschalten von 270 Ohm; einfach huckepack auf den 3,3 k drauflöten (s. Markierung). Das ergibt zwar nur 249 Ohm, was aber für den Test vollkommen genügt.

Durch den nunmehr kleinsten LED Vorwiderstand dieser Testreihe ist jetzt die beste Vorraussetzung für die optimale "Energiewende" erreicht. Der Stromverbrauch in der Vergleichsmessung ist mit 77% Einsparung auf 39 mA gesunken. Das ist sehr gut, kommt aber nicht an Variante 2 heran, was auf den etwas ungünstigeren Wirkungsgrad des LM2576 gegenüber dem 7805SR-C zurückzuführen ist.. Eine weitere Verbesserung kann aber vermutlich noch mit dem 7803SR-C und den Widerständen aus dieser Variante 3 erreicht werden (was sicher demnächst noch nachgeholt wird).



Es bleibt abschließend zu hoffen, dass der Fahrzeughersteller sein diesbezügliches Konzept überarbeitet und künftig vielleicht doch noch die "Energiewende" vollziehen kann.



Der Vollständigkeit halber:
dimmt man die LED per Decoder (wie hier beschrieben, CV 119 usw. auf 100), reduziert sich der vergleichbare Stromverbrauch auf 90 mA; allerdings erwärmt sich auch der Märklin Decoder wegen des schlechten Wirkungsgrades erheblich.



Weitere, im Laufe der Zeit getestete DC-Wandler

k-P1010324

Sehr gute Erfahrung haben wir mit diesem fertig aufgebauten, auf dem LM2596 basierenden DC-Wandler gemacht, der in einem Wunder Schürzenpostwagen erstmalig eingebaut wurde. Besondere Vorteile noch: die stufenlos einstellbare Ausgangsspannung und dass auch die Spannung heraufgesetzt werden kann. Also ein kleines Universalgenie, welches in Spur 1 wegen des ausreichend vorhandenen Platzes auch den Einsatz fertig konfektionierter LED Leisten deutlich erleichtert. Abmessung 48,5 x 23,5 mm, 14,5 hoch, Eingangsspannung 4 - 35 V, Ausgang 1,2 - 30 V, max. 2 A.

Zwischenzeitlich ist diese Platine auf neuem Layout erschienen
k P1030860
Die Abmessungen sind mit 43,5 x 21,5 etwas kleiner ausgefallen. Neu ist auch die blau leuchtende Kontroll-LED, die man aber getrost auslöten oder mit einer Spitzzangen "wegsprengen" kann, wenn das Licht im Fahrzeug stören sollte.
Auch dieser Baustein ist bei uns erhältlich, siehe hier (DC-W2).



Dieser ganze Bericht entstand in erster Linie zur eigenen Doku. Insofern bleiben auch manche "kleinere" Details unerwähnt.
Die nachfolgend angefügten Bilder und Notizen dienen insbesondere dieser internen Doku.

 

Bei Fragen stehen wir gerne per Mail zur Verfügung
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09.2014.ab


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k-P1000340


k-P1000351



Steuerwagen

k P1010399


k P1010395


k P1010394


k P1010393


Märklin Decoder:
- lässt sich nicht puffern
- schafft den LM2576 nicht richtig (unnötiges Blitzen beim Ein-/Ausschalten solange gedimmt)
- "Aux 5 + 6" (eigentliche Motorausgänge) vertragen im Ruhezustand keine Rückeinspeisung (-), -> stillegen (Pins kappen)
Lopi Fx mag an Aux generell keine C (-> Ladestrombergrenzung 56 Ohm)
Lopi Fx 3.0 lässt sich nicht puffern (Zugsammelschiene) :-(((
Lopi Fx 4.0 funzt aber ganz normal, lässt sich trotz C mit 56 Ohm auch von extern programmieren
7803SR-S mit 300 Ohm optimal